[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010984190.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-14
• 公開（公告）號(hào): CN112332444A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉衛(wèi)亮;陳鑫;林永君;劉長(zhǎng)良;甄成剛;劉帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/00;H02J3/32;H02J13/00;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于數(shù)字孿生的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其包括實(shí)體微電網(wǎng)層，虛擬空間建模層，能量管理層，智能控制層，以及人機(jī)交互層。利用基于MQTT協(xié)議的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行層級(jí)間的通信，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式建立與實(shí)體同生命周期的虛擬微電網(wǎng)系統(tǒng)，能量管理層通過實(shí)體系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)制定初步方案，結(jié)合虛擬微電網(wǎng)系統(tǒng)執(zhí)行初步方案的反饋信息對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整，將最終的方案應(yīng)用于微電網(wǎng)系統(tǒng)，操作員也可以通過人機(jī)交互界面基于發(fā)布/訂閱機(jī)制，對(duì)虛擬微電網(wǎng)系統(tǒng)和微電網(wǎng)系統(tǒng)下達(dá)控制指令。本發(fā)明完善了能量管理系統(tǒng)的功能，并制定更為準(zhǔn)確的調(diào)度優(yōu)化方案，從而有效的提高了能源利用率，實(shí)現(xiàn)了更多的人機(jī)物間的交互，提高了層級(jí)和系統(tǒng)間信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及微電網(wǎng)能量管理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字孿生的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制、管理方法和層級(jí)間的通信。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的日漸枯竭，環(huán)境污染等問題的不斷加重，可再生能源分布式發(fā)電技術(shù)以其污染排放少，節(jié)約資源等特點(diǎn)受到越來越多國(guó)家的關(guān)注。但是，分布式發(fā)電具有隨機(jī)性和間歇性的問題，大量的分布式電源接入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影響。微電網(wǎng)是由分布式電源，儲(chǔ)能系統(tǒng)，負(fù)荷組成的一種小型發(fā)配電的系統(tǒng)，具有靈活性強(qiáng)的鮮明特點(diǎn)，作為大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充，在解決大規(guī)模分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)造成的影響的同時(shí)，可以通過對(duì)負(fù)荷以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的合理控制，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、調(diào)峰調(diào)頻。微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的作用是生成有效的能量調(diào)度策略，通過需求側(cè)和發(fā)電側(cè)的雙向互動(dòng)，提高可再生能源的利用率，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段資源的優(yōu)化分配，在保證電能質(zhì)量的同時(shí)可以提高微電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。

目前的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)存在如下問題：一是側(cè)重于監(jiān)控，這些信息大多是電壓、頻率等運(yùn)行信息，對(duì)設(shè)備信息的采集較少，無法做到對(duì)設(shè)備健康狀況及時(shí)反應(yīng)；二是缺乏對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的整體仿真分析；三是在微電網(wǎng)內(nèi)的信息傳輸較封閉，各系統(tǒng)間聯(lián)系不強(qiáng)，傳輸?shù)陌踩暂^差；四是目前的能量管理系統(tǒng)中人機(jī)交互界面往往只停留在展示層次，并沒有實(shí)現(xiàn)操作員對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制，人機(jī)交互功能實(shí)現(xiàn)較少，對(duì)資源的優(yōu)化分配也不夠準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)中所提到的目前微電網(wǎng)系統(tǒng)人機(jī)互動(dòng)少、對(duì)設(shè)備健康不能準(zhǔn)確分析、層級(jí)間通信安全性較差、調(diào)度以及運(yùn)行策略不夠準(zhǔn)確等問題，本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字孿生的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。

一種基于數(shù)字孿生的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的能量管理系統(tǒng)包括實(shí)體微電網(wǎng)層、虛擬空間建模層、能量管理層、智能控制層、以及人機(jī)交互層。

所述實(shí)體微電網(wǎng)層包含微電網(wǎng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與傳輸單元，其中，微電網(wǎng)系統(tǒng)包括分布式電源，整流器，逆變器，柴油發(fā)電機(jī)，儲(chǔ)能系統(tǒng)，負(fù)荷。所述負(fù)荷分為關(guān)鍵負(fù)荷和可控負(fù)荷，可控負(fù)荷與電動(dòng)汽車一同組成虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)。所述數(shù)據(jù)采集與傳輸單元包含用于數(shù)據(jù)采集的智能傳感器，攝像頭，設(shè)備內(nèi)的電子標(biāo)簽，以及用于數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)腇PGA，智能網(wǎng)關(guān)，光纖等設(shè)備。

進(jìn)一步地，所述實(shí)體微電網(wǎng)層通過智能傳感器完成對(duì)運(yùn)行信息，設(shè)備信息等多種信息的采集，通過攝像頭完成音頻，視頻等類信息的采集，通過安裝在分布式電源中的電子標(biāo)簽，基于射頻技術(shù)完成對(duì)分布式電源周圍環(huán)境以及設(shè)備健康狀況等信息的采集，基于上述采集技術(shù)完成對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)各類信息的采集，上述采集的信息多為模擬量信息，利用基于型號(hào)為EP4CE10F17C8的FPGA所板載的A/D芯片型號(hào)為PCF8591芯片完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換完成的信息儲(chǔ)存到FIFO模塊中進(jìn)行暫時(shí)保存，再利用其板載的RS232串口基于UART協(xié)議將數(shù)據(jù)依此串行傳輸至智能網(wǎng)關(guān)，基于MQTT協(xié)議，通過光纖等有線網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)建模層、能量管理層連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)體微電網(wǎng)層信息的傳輸。